EP4288756A1 - Messvorrichtung und verfahren zum vermessen einer modulationstransferfunktion eines afokalen optischen systems - Google Patents

Messvorrichtung und verfahren zum vermessen einer modulationstransferfunktion eines afokalen optischen systems

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Publication number
EP4288756A1
EP4288756A1 EP22702963.4A EP22702963A EP4288756A1 EP 4288756 A1 EP4288756 A1 EP 4288756A1 EP 22702963 A EP22702963 A EP 22702963A EP 4288756 A1 EP4288756 A1 EP 4288756A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
camera
light
optical system
recording
measuring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22702963.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Heinisch
Sven SASSNING
Aiko Ruprecht
Gabriel Liske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trioptics GmbH
Original Assignee
Trioptics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trioptics GmbH filed Critical Trioptics GmbH
Publication of EP4288756A1 publication Critical patent/EP4288756A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0292—Testing optical properties of objectives by measuring the optical modulation transfer function
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0207—Details of measuring devices

Definitions

  • the camera is designed to observe the afocal optical system in the recording device from a second side opposite the first side and to create a camera image, with the light providing device, the afocal optical system and the camera being arranged coaxially on or with measuring axes when the measuring device is in an operational state are arranged parallel to a measurement axis, which is aligned perpendicular to the recording plane.
  • the additional light providing device is designed to provide additional light for illuminating the afocal optical system in the recording device from the first side.
  • the additional camera is designed to observe the afocal optical system in the recording device from the second side and to create an additional camera image; wherein in the operational state the further light providing device, the afocal optical system and the further camera are arranged coaxially on or with measurement axes parallel to an inclined measurement axis which is aligned at an angle to the measurement axis and/or recording plane.
  • the transmission interface is designed to transmit the camera image and another camera image to an evaluation unit, which is designed to recognize the modulation transfer function of the a-focal optical system using at least the camera image and/or another camera image.
  • An afocal optical system is characterized in that, as a whole, it has no converging or diverging effect for the light emitted from the optical system.
  • the afocal optical system can either be a single element, e.g. B. an exit window for a laser, a haptically sensitive, transparent viewing window for a smartphone display or an optical filter, or an optical system composed of several elements, such as. B. a double-telecentric camera lens or binoculars act.
  • MTF modulation transfer function
  • the measuring device presented here uses the approach of simultaneously measuring the imaging quality of an optical system at a plurality of field positions, an afocal optical system in particular being advantageously measurable as the optical system using the measuring device.
  • the recording device of the measuring device can be designed to record the optical system within the recording plane at a permanently defined position or to move the optical system to the permanently defined position within the recording plane.
  • the light providing device can be designed to provide the light as broadband light and/or the further light providing device can be designed to provide the further light as broadband further light.
  • the light supply device and/or further light providing device can comprise at least one LED, for example at least one white light LED.
  • the measurement axis can be understood as the optical path of the light providing device through the optical system to the camera.
  • the oblique measurement axis can be understood as the optical path of the further light supply device through the optical system to the further camera.
  • the evaluation unit can be part of the measuring device.
  • the MTF of the afocal optical system can thus advantageously be measured at a plurality of field angles in order to be able to achieve a more detailed result for the MTF.
  • the measuring device can also have any number of additional cameras and associated light supply devices, which can each be arranged with the optical system on different additional oblique measurement axes.
  • the measuring device can have a total of nine cameras and nine light supply devices associated with the cameras.
  • the survey axis and eight oblique survey axes can be used to measure the MTF of the optical system. All oblique measurement axes can intersect the measurement axis at a common point of intersection, which can be arranged, for example, on or in the afocal optical system.
  • the measuring device has at least one optical filter which is designed to change light with a first wavelength range impinging on the optical filter in order to change the light exiting the optical filter with a changed second wavelength range and/or which is designed to change light having a first polarization which is incident on the optical filter in order to provide the light exiting the optical filter with a changed second polarization.
  • an optical filter makes it possible to adapt the wavelength range or the polarization of the light to a field of application.
  • a so-called V-Lambda filter can be used as an optical filter if the optical system is a window for a mobile phone display or a waveguide of an "augmented reality” system or “virtual reality” system, or “AR system” for short. tem” or “VR system”.
  • the light can be adapted to a sensitivity distribution in daylight for the human eye.
  • a corresponding or other optical filter can also be arranged on the oblique measurement axis.
  • the optical filter can be pivoted and/or rotatable or else fixed.
  • the optical filter can be arranged parallel to the recording plane, for example between the camera and the recording device or else between the light supply device and the recording device.
  • the measuring device can have a pivotable and/or rotatable or fixed optical filter arranged in the beam path of the collimator for changing or limiting a wavelength range of the light or changing or limiting a polarization of the light.
  • the measuring device can have a camera holding device, which has recording units for holding the cameras.
  • a camera holding device makes it possible, for example, for all cameras to be recorded together in fixed positions in relation to one another.
  • the camera holding device can be designed in the form of a spherical shell as a camera spherical shell.
  • the camera ball shell can be on a perpendicular to the measurement axis X-axis and / or perpendicular to the Measurement axis and perpendicular to the X-axis Y-axis linearly movable and / or tiltable about the X-axis and / or Y-axis.
  • an eye box can be measured in an optical system designed as a waveguide, for example.
  • Such a mobility of the spherical shell that provides the light can be used to measure an eyebox in an optical system that is designed, for example, as a waveguide.
  • the camera spherical shell and the recording device are fixed and the spherical shell providing the light can be moved linearly and/or tilted.
  • the spherical shell providing the light and the recording device are fixed and the spherical shell of the camera can be moved linearly and/or tilted.
  • the camera holding device can be arranged such that it can be tilted or tilted relative to the light supply holding device, or the light supply holding device can be arranged such that it can be tilted or tilted relative to the camera holding device.
  • an offset between the light supply spherical shell and the camera spherical shell can be implemented or implemented.
  • the camera holding device and additionally or alternatively the light supply holding device can be arranged such that they can be moved laterally.
  • a lateral offset along the X-axis and/or the Y-axis can thereby be achieved.
  • specimens in which, for example, the entrance pupil is much smaller than the exit pupil. are, for example, waveguides for AR/VR systems. The examinee must therefore be in a fixed position so that the entrance pupil can be hit.
  • the collimators can be offset laterally.
  • the measuring device can also have a movement device that is designed to move the recording device transversely to the measurement axis.
  • the recording device can be movable using the movement device along an X axis running perpendicular to the measurement axis and/or a Y axis running perpendicular to the measurement axis and perpendicular to the X axis and/or about the X axis and/or Y axis can be tilted.
  • the afocal optical system can be moved to the measurement axis between the camera and the light supply device and/or to the intersection point of the oblique measurement axis/s by the movement device.
  • a tiltable recording device enables FOV measurement, i.e. field of view measurement, with optical systems designed as waveguides.
  • the measuring device has at least one aperture for the light and/or additional light.
  • the aperture can be used to create an effective pupil.
  • the screen can be arranged on the recording device, camera or light supply device.
  • the measuring device can also have the evaluation unit, which is designed to detect a deviation in the modulation transfer function using the camera image and/or another camera image and, using the deviation, a correction value or a correction matrix for correcting the modulation transfer function to increase the imaging quality of the optical system to determine.
  • the evaluation unit which is designed to detect a deviation in the modulation transfer function using the camera image and/or another camera image and, using the deviation, a correction value or a correction matrix for correcting the modulation transfer function to increase the imaging quality of the optical system to determine.
  • the evaluation unit can be designed to detect the deviation in the modulation transfer function from a predetermined desired modulation transfer function.
  • a deviation in the modulation transfer function can be caused, for example, by internal structuring, such as capacitive sensors for creating a touch-sensitive mobile phone display, in the optical system formed as part of a mobile phone display.
  • the structuring can therefore have negative effects on the image information transmitted through the mobile phone display, what results in a reduction in imaging quality.
  • the deviating modulation transfer function can advantageously be corrected and thus the imaging quality can be increased.
  • the camera and/or additional camera can have a fixed or adjustable focus position.
  • the focus position can be adjusted in that the camera sensor can be displaced relative to the collecting optics of the camera in the axial direction along its optical axis.
  • the collecting optics of the camera can have a changeable focal length.
  • the measuring device can have a structure recognition camera which is arranged facing the second side and is designed to recognize a predefined structure on the recording plane or in a defined area around the recording plane, the evaluation device being designed to use the recognized predefined Structure to determine a lateral position of the optical system. This makes it possible to detect a position of the optical system within the recording plane, for example to bring about a movement of the optical system to the measurement axis and/or the point of intersection of the oblique measurement axis(s) using the movement device.
  • the afocal optical system can be formed as a single element such as an exit window for a laser, for example, a display window for a mobile phone, for example, a waveguide for an AR system, for example, or an optical filter.
  • the afocal optical system can also be in the form of an optical system composed of a plurality of optical elements, for example as a camera lens or binoculars.
  • a method for measuring a modulation transfer function of an afocal optical system comprises a step of providing light, a step of providing further light, a step of generating a camera image, a step of generating a further camera image and a step of recognition.
  • the step of providing light light for illuminating the optical system, which is accommodated in a recording plane of a recording device, is provided from a first side using a light providing device.
  • further light becomes for illuminating the optical system, which is accommodated in the imaging plane of the imaging device, from the first side using a further light providing device.
  • a further camera image of a further reticle is generated via the afocal optical system in the recording device from the second side using a further camera, with the further light supply device, the optical system and the further camera being coaxial on or with measuring axes are arranged parallel to an oblique measurement axis, which is oriented obliquely to the measurement axis and/or recording plane.
  • the modulation transfer function of the optical system is detected using the camera image and/or additional camera images.
  • the camera image can be generated by the reticle, which is imaged by means of the collimator, afocal system and camera optics of the camera.
  • the further camera image can be generated from the further reticle, which is imaged by means of the collimator, afocal system and camera optics of the further camera.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a measuring device for measuring a modulation transfer function of an afocal optical system according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a measuring device according to an embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a camera image of a measuring device according to an embodiment
  • FIG. 6 shows a perspective top view of a camera holding device of a measuring device according to an embodiment
  • FIG. 7 shows a lateral cross-sectional illustration of a camera holding device of a measuring device according to an embodiment
  • FIG. 8 shows a perspective top view of a light supply holding device of a measuring device according to an embodiment
  • FIG. 9 shows a lateral cross-sectional view of a light supply holding device of a measuring device according to an embodiment
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a measuring device 100 for measuring a modulation transfer function MTF of an afocal optical system 105 according to an exemplary embodiment.
  • the camera 120 is designed to observe the afocal optical system 105 in the recording device 110 from a second side 155 opposite the first side 150 and to create a camera image 160, with the light supply device 115, the afocal optical System 105 and the camera 120 are arranged coaxially on or with measurement axes parallel to a measurement axis 162 which is oriented perpendicularly to the recording plane 140 .
  • the additional light providing device 125 is designed to provide additional light 165 for illuminating the afocal optical system 105 in the recording device 110 from the first side 150 .
  • the additional camera 130 is designed to observe the afocal optical system 105 in the recording device 110 from the second side 155 and to create an additional camera image 170; in the operational state, the further light supply device 125, the a-focal optical system 105 and the further camera 130 are arranged coaxially on or with measurement axes parallel to an inclined measurement axis 175, which is aligned at an angle to the measurement axis 162 and/or at an angle to the recording plane 140 is.
  • Transmission interface 135 is designed to transmit camera image 160 and another camera image 170 to an evaluation unit 180, which is designed to recognize the modulation transfer function MTF of afocal optical system 105 using at least camera image 160 and/or another camera image 170.
  • the afocal optical system 105 according to this exemplary embodiment is received in the recording device 110 of the measuring device 100 purely by way of example and is therefore arranged in the recording plane 140 .
  • the afocal optical system 105 is, for example, a single optical element, here in the form of a display window for a mobile phone, for example.
  • the afocal optical system 105 is configured as another single optical element such as e.g. B. an exit window for a laser, a waveguide for example for an AR / VR system or an optical filter, or as an optical system composed of several optical elements, such as. B. formed a double-sided telecentric camera lens or binoculars.
  • the measuring device 100 presented here is designed to simultaneously measure the modulation transfer function MTF/imaging quality of the afocal optical system 105 at a plurality of field positions.
  • the measurement axis 162 can be understood as the optical path of the light providing device 115 through the optical system 105 to the camera 120 .
  • the oblique measurement axis 175 can be understood as the optical path of the further light supply device 125 through the optical system 105 to the further camera 130 .
  • evaluation unit 180 is part of measuring device 100.
  • the reticle 185 is arranged between the light provision device 115 and the optical system 105 .
  • a position of the structure/reticle 185 is fixed or variable along the measurement axis 162/oblique measurement axis 175.
  • the additional light supply device 125 has its own additional reticle 185 .
  • the measuring device 100 has at least one optical filter that is designed to change light 145 with a first wavelength range that is incident on the optical filter, in order to provide the light 145 with a changed second wavelength range that emerges from the optical filter, and /or which is designed to change light 145 with a first polarization incident on the optical filter in order to provide the light 145 with a changed second polarization exiting the optical filter.
  • Such an optical filter makes it possible to adapt the wavelength range or the polarization of the light to a field of application.
  • a corresponding or other optical filter is also arranged on the oblique measurement axis 175 .
  • the optical filter can be pivoted and/or rotated or arranged in a fixed manner.
  • the optical filter is arranged parallel to the recording plane 140 , for example between the camera 120 and the recording device 110 or, according to another exemplary embodiment, between the light supply device 115 and the recording device 110 .
  • measuring device 100 has a pivotable and/or rotatable or fixed optical filter, arranged in the beam path of the collimator of light provision device 115, for changing or limiting a wavelength of light 145 or changing or limiting a polarization of light 145.
  • measuring device 100 has a pivotable and/or rotatable or fixed optical filter arranged in the beam path of the collimator of additional light providing device 125 for changing or restricting a wavelength of additional light 165 or changing or restricting a polarization of additional light 165 .
  • the optical system 105 is in accordance with an exemplary embodiment within the recording plane 140 on the measurement axis 162 between the camera 120 and the light supply device 115 and/or on an intersection of the measurement axis 162 with the oblique measurement axis 175.
  • measuring device 100 also has evaluation unit 180, which is designed to use camera image 160 and/or another camera image 170 to detect a deviation in modulation transfer function MTF and to use the deviation to calculate a correction value or a correction matrix for correcting the To determine modulation transfer function MTF to increase the imaging quality of the optical system 105.
  • a deviation in the modulation transfer function MTF is caused, for example, by internal structuring 195, such as capacitive sensors for generating a touch-sensitive mobile phone display, in the afocal optical system 105 designed as a mobile phone display window.
  • the structuring 195 can have negative effects on the image information transmitted through the mobile phone display, which results in a reduction in the imaging quality.
  • the deviating modulation transfer function can advantageously be corrected using the correction value or the correction matrix, and the imaging quality can thus be increased.
  • the evaluation unit 180 is designed to detect the deviation in the modulation transfer function MTF from a predetermined desired modulation transfer function.
  • the camera 120 and/or further camera 130 has either a fixed or an adjustable focus position.
  • camera 120 and/or additional camera 130 has an adjustable focus position, in that the image sensor can be moved relative to the collecting optics of the camera along its optical axis, and/or is formed here, for example, in the form of a telescopic camera with an adjustable focal length.
  • the measuring device 100 also has a structure recognition camera 197 which is arranged facing the second side 155 and is designed to recognize a predefined structure on the recording plane 140 or in a defined area around the recording plane 140, with the evaluation device 180 being designed to determine a lateral position of the optical system 105 using the detected predefined structure.
  • the movement device 190 is designed to bring about a movement of the optical system 105 onto the measurement axis 162 and/or the intersection of the measurement axis 162 with the oblique measurement axis 175 using the lateral position of the optical system 105 .
  • FIG. 2 shows a perspective representation of a measuring device 100 according to an exemplary embodiment. This can be the measuring device 100 described in FIG. 130, 200 and/or a light supply holding device 220 with receiving units 225 for receiving the light supply devices 115, 125, 205.
  • the third camera 200 is designed to observe the optical system 105 in the recording device 110 from the second side and to create a third camera image.
  • the third light providing device 205 is designed to provide third light for illuminating the optical system 105 in the recording device 110 from the first side, wherein in the operational state of the measuring device 100 shown here, the third light providing device 205, the optical system 105 and the third camera 200 are arranged coaxially on or with measurement axes parallel to a further oblique measurement axis, which is oriented obliquely to the measurement axis and/or recording plane and/or oblique measurement axis.
  • the measuring device 100 has any number of additional cameras and associated light supply devices, which are each arranged with the optical system 105 on different, additional oblique measurement axes.
  • the measuring device 100 has a total of nine cameras 120, 130, 200 and nine light supply devices 115, 125, 205 associated with the cameras 120, 130, 200.
  • the measurement axis and eight oblique measurement axes are used to measure the MTF of the optical system 105.
  • all oblique measurement axes intersect the measurement axis at a common intersection point which is arranged on or in the optical system 105, for example.
  • the camera holding device 210 is in the form of a spherical shell as a camera spherical shell.
  • the camera ball shell is linearly movable on an X axis running perpendicular to the measurement axis and/or a Y axis running perpendicular to the measurement axis and perpendicular to the X axis and/or about the X axis and/or Y axis.
  • the light supply holder 220 is formed in the shape of a spherical shell as a light supply spherical shell.
  • the light-providing spherical shell is linearly movable on an X-axis running perpendicular to the measurement axis and/or a Y-axis running perpendicular to the measurement axis and perpendicular to the X-axis and/or about the X-axis and/or Y-axis.
  • the camera spherical shell and the recording device 110 are fixed and the spherical shell that provides the light is designed to be linearly movable and/or tiltable.
  • the spherical shell that provides the light and the receiving device 110 are fixed and the spherical shell of the camera is designed to be linearly movable and/or tiltable.
  • the camera holding device 210, the light supply holding device 220 and the receiving device 110 are accommodated in a workbench, here in the form of a trolley 230, for example.
  • FIGS. 1 and 2 A measuring principle and structure of the measuring device 100 for afocal, optical systems 105 are shown in FIGS. 1 and 2 using the example of a structured display. For the sake of clarity, the beam paths that are off-axis with respect to the measurement axis are not shown.
  • the technical implementation in the finished measuring device is shown in FIG.
  • the measuring device 100 makes it possible, as in known measuring systems, to measure the imaging quality of optical components, also referred to below as “test objects”, simultaneously at different field positions in contrast to the known measuring systems, the test objects to be measured are afocal optical systems 105. In an application example, the test object is illuminated from below with collimated light.
  • FIG. 2 shows a collimator with a fixed crosshair.
  • a white light LED is used as the light source of the light supply devices 115, 125, 205, for example.
  • optical filters are used in order to adapt the wavelength range to the application. For example, when measuring mobile phone display windows or waveguides for AR/VR systems, a photopic eye filter is used to adapt the wavelength range of the light 145 to the sensitivity distribution of the human eye in daylight.
  • a fixed or rotatable polarization filter is arranged in the beam path of the collimator. The use of filters is also relevant, for example, when measuring the wavelength-dependent imaging quality (MTF).
  • MTF wavelength-dependent imaging quality
  • the collimators are arranged on the light supply holding device 220 in the form of a dome and the cameras 120, 130, 200 on the camera holding device 210, also in the form of a dome. These domes are shown in more detail in FIGS. 6, 7, 8 and 9.
  • the two dome constructions are placed below and above the test object.
  • the assembled measuring device 100 is shown in FIG. 2 here.
  • Each dome consists of a spherical shell with holding devices attached to the surface. These holding devices in turn are used to attach the cameras 120, 130, 200 or the collimators.
  • the cameras 120, 130, 200 and collimators are mounted in such a way that their optical axes intersect at one point.
  • the camera 120 or the collimator of the light supply device 115 is mounted in the center of the dome.
  • This axial camera 120 or this axial collimator is aligned in such a way that its optical axis is perpendicular to the plane of the specimen, previously referred to as the recording plane.
  • the intersection of all optical axes of the cameras 120, 130, 200 or collimators lies on the optical axis of the axial camera 120 or the axial collimator.
  • the dome constructions are arranged opposite one another
  • the centers of curvature coincide, or, according to another exemplary embodiment, are offset from one another. This can be necessary, for example, when the optical element/system 105 to be tested generates a parallel offset in the beam path. As may be the case, for example, with a planar waveguide or a prismatic system.
  • an effective pupil is generated in the beam path of the cameras 120, 130, 200. According to one exemplary embodiment, this is implemented using a screen in the vicinity of the test object, as is shown in FIG. 1 or FIG. 3 .
  • an individual aperture is placed in front of each collimator or camera 120,130,200.
  • the test object itself is/is placed in a suitable holder, the recording device 110, which is located between the upper and lower domes.
  • the holder can be moved in the x-direction and in the y-direction so that the test object can be measured at different positions.
  • the holder is designed to accommodate a plurality of test specimens which are measured one after the other.
  • an optical filter is arranged above or below the test object, which changes the wavelength and/or the polarization of the light beams running through the test object.
  • the size of the filter can be adjusted if required. This represents an alternative embodiment for the case when collimators without appropriate filters are used.
  • the struts of the upper dome are equipped with additional cameras in the form of the structure recognition cameras described in FIG. 1 in order to determine the lateral position (x, y position) of the test object.
  • these structure recognition cameras are designed to recognize known structures in the test specimen plane or additional structures that are arranged at a defined distance from the test specimen and are located, for example, on the test specimen holder.
  • the measuring device 100 presented here An important area of application of the measuring device 100 presented here is the measurement of mobile phone display windows. These have the special feature that they have internal structuring, which ensures, for example, that the displays are touch-sensitive. A section of such a structured display is shown schematically in FIGS. Such an introduced structure has a negative impact on the image information transmitted through the display.
  • the measuring device 100 presented here also has the evaluation unit, which makes it possible to determine a reduction in the imaging quality caused by the structuring and to calculate a correction factor or a correction matrix on the basis of this value.
  • the correction factor calculated in this way or the correction matrix calculated in this way is also used as part of image processing in order to correct an image that was recorded through the display with a camera 120, 130, 200.
  • a specific use case would be image capture via the front camera of a smartphone.
  • Another important area of application of the measuring device 100 presented here is the measurement of waveguides, in particular of those waveguides that are used in VR/AR headsets.
  • This area can be generally defined as a volume in which the pupil of the eye must be located in order to meet certain defined criteria with regard to image perception.
  • Such a criterion can For example, an image generated by the headset remains fully visible in the area of the eyebox.
  • the measuring device 100 proposed here to measure a corresponding waveguide at different positions within the eyebox, this is designed in a corresponding variant in such a way that the test specimen and either the lower or upper dome are fixed and the lateral position of the other dome can be changed is.
  • each collimator/light supply device 115, 125, 205 has a broadband light source and/or that fixed or rotating or pivotable, optical filters within the beam path of the collimator/light supply device 115, 125, 205 are arranged and/or that the optical filters serve to limit or to limit the wavelength range and/or the polarization of the light 145 emitted by the light source change; that in the beam path of each collimator/light supply device 115, 125, 205 there is a reticle, which is illuminated by the light source and its position along the optical axis in the beam path of the collimator/light supply device 115, 125, 205 is either fixed or variable is; that in a plane which is parallel to the plane of the specimen, a fixed or rotatable or pivotable optical filter is arranged and serves to influence the wavelength and/or polarization of the light beams running
  • FIG. 5 shows a schematic lateral cross-sectional illustration of a collimator 500 of a measuring device according to an embodiment. This can be the measuring device 100 described in one of FIGS.
  • the functional principle of a focusable collimator 500 is shown in general for the purpose of illustration.
  • FIG. 6 shows a perspective top view of a light supply holding device 220 of a measuring device according to an exemplary embodiment. This can be the light supply holding device 220 described in FIG. 2 .
  • the light supply holding device 220 can also be referred to as a collimator dome.
  • a cutting line AA is drawn.
  • FIG. 9 shows a lateral cross-sectional representation of a camera holding device 210 of a measuring device according to an exemplary embodiment.
  • a section AA is shown. It can therefore be the camera holding device 210 described in FIG. 8, in which cameras are accommodated.
  • FIG. 10 shows a flow chart of a method 1000 for measuring a modulation transfer function of an afocal optical system according to an embodiment. This can be the afocal optical system described in one of the preceding figures. The method 1000 can be controlled or carried out by the measuring device that was described in one of the previous figures.
  • a camera image of the reticle is generated via the afocal optical system in the recording device from a second side opposite the first side using a camera, the light providing device, the afocal optical system and the camera being coaxial on a measurement axis are arranged or have parallel measuring axes which are aligned perpendicularly to the recording plane.
  • a further camera image of a further reticle is generated via the afocal, optical system in the recording device from the second side using a further camera, with the further light providing device, the afocal optical system and the further camera being arranged coaxially or are arranged with measurement axes parallel to an oblique measurement axis, which is aligned obliquely to the measurement axis and/or recording plane.
  • the modulation transfer function of the afocal optical system is recognized or calculated using the camera image and/or another camera image.
  • a correction factor or a correction matrix can also be calculated as part of this step.
  • the camera image can be generated by the reticle, which is imaged by means of the collimator, afocal system and camera optics of the camera.
  • the further camera image can be generated from the further reticle, which is imaged by means of the collimator, afocal system and camera optics of the further camera.
  • a sequence of camera images and/or further camera images can be generated. For example, a first intermediate image of the reticle is generated by the collimator, this is changed by the afocal optical system (test object) and then imaged onto the sensor via a collecting optics of the camera/additional camera.

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Abstract

Eine Messvorrichtung (100) zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion (MTF) eines afokalen optischen Systems (105) weist eine Aufnahmeeinrichtung (110), eine Lichtbereitstellungseinrichtung (115), eine Kamera (120), zumindest eine weitere Lichtbereitstellungseinrichtung (125), zumindest eine weitere Kamera (130) und eine Übertragungsschnittstelle (135) auf. In einem betriebsbereiten Zustand sind die Lichtbereitstellungseinrichtung (115), das afokale optische System (105) und die Kamera (120) koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Vermessungsachse (162) angeordnet, die senkrecht zu der Aufnahmeebene (140) ausgerichtet ist. Die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung (125), das afokale optische System (105) und die weitere Kamera (130) sind koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Schrägvermessungsachse (175) angeordnet, die schräg zu der Vermessungsachse (162) ausgerichtet ist. Einer Auswerteeinheit (180) ist ausgebildet, um unter Verwendung zumindest eines Kamerabilds (160) die Modulationstransferfunktion (MTF) des afokalen optischen Systems (105) zu erkennen.

Description

Messvorrichtung und Verfahren zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion eines afokalen optischen Systems
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Messvorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion eines afokalen optischen Systems.
Die US 2019238830 A1 beschreibt ein optisches Prüfgerät zur Prüfung von Kameras.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem vorliegenden Ansatz eine Messvorrichtung zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion eines afokalen optischen Systems und ein Verfahren zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion eines afokalen optischen Systems gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass ein afo- kales optisches System beispielsweise hinsichtlich seiner Modulationstransferfunktion geprüft werden kann. Dadurch kann die Abbildungsqualität des afokalen optischen Systems geprüft werden.
Eine Messvorrichtung zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion eines afokalen optischen Systems weist eine Aufnahmeeinrichtung, eine Lichtbereitstellungseinrichtung, eine Kamera, zumindest eine weitere Lichtbereitstellungseinrichtung, zumindest eine weitere Kamera und eine Übertragungsschnittstelle auf. Die Aufnahmeeinrichtung ist zur Aufnahme des afokalen optischen Systems in einer Aufnahmeebene ausgeformt. Die Lichtbereitstellungseinrichtung ist zum Bereitstellen von Licht zum Beleuchten des afokalen optischen Systems in der Aufnahmeeinrichtung von einer ersten Seite ausgebildet. Die Kamera ist zum Beobachten des afokalen optischen Systems in der Aufnahmeeinrichtung von einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite und zum Erstellen eines Kamerabilds ausgebildet, wobei in einem betriebsbereiten Zustand der Messvorrichtung die Lichtbereitstellungseinrichtung, das afokale optische System und die Kamera koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Vermessungsachse angeordnet sind, die senkrecht zu der Aufnahmeebene ausgerichtet ist. Die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung ist zum Bereitstellen von weiterem Licht zum Beleuchten des afokalen optischen Systems in der Aufnahmeeinrichtung von der ersten Seite ausgebildet. Die weitere Kamera ist zum Beobachten des afokalen optischen Systems in der Aufnahmeeinrichtung von der zweiten Seite und zum Erstellen eines weiteren Kamerabilds ausgebildet; wobei in dem betriebsbereiten Zustand die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung, das afokale optische System und die weitere Kamera koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Schrägvermessungsachse angeordnet sind, die schräg zu der Vermessungsachse und/oder Aufnahmeebene ausgerichtet ist. Die Übertragungsschnittstelle ist zum Übertragen des Kamerabilds und weiteren Kamerabilds zu einer Auswerteeinheit ausgebildet, die ausgebildet ist, um unter Verwendung zumindest des Kamerabilds und/oder weiteren Kamerabilds die Modulationstransferfunktion des a- fokalen optischen Systems zu erkennen.
Ein afokales optisches System ist dadurch gekennzeichnet, dass es als Ganzes keine sammelnde oder zerstreuende Wirkung für das aus dem optischen System emittierte Licht aufweist. Bei dem afokalen optischen System kann es sich entweder um ein einzelnes Element, wie z. B. ein Austrittsfenster für einen Laser, ein haptisch empfindliches, transparentes Sichtfenster für ein Smartphonedisplay oder einen optischen Filter, oder um ein aus mehreren Elementen zusammengesetztes optisches System, wie z. B. ein beidseitig telezentrisches Kameraobjektiv oder ein Fernglas, handeln. Die Vermessung der Modulationstransferfunktion, kurz „MTF“, die auch als Modulationsübertragungsfunktion bezeichnet werden kann, lässt einen Rückschluss auf die Abbildungsqualität des optischen Systems zu. Das Vermessen der Abbildungsqualität von brechenden optischen Systemen, wie z. B. Linsen, unter Verwendung der MTF, ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Die hier vorgestellte Messvorrichtung nutzt den Ansatz, die Abbildungsqualität eines optischen Systems an mehreren Feldpositionen simultan zu messen, wobei als das optische System unter Verwendung der Messvorrichtung vorteilhafterweise im Besonderen ein afokales optisches System vermessbar ist. Die Aufnahmeeinrichtung der Messvorrichtung kann ausgebildet sein, um das optische System innerhalb der Aufnahmeebene an einer fest definierten Position aufzunehmen oder das optische System innerhalb der Aufnahmeebene an die fest definierte Position zu verfahren. Die Lichtbereitstellungseinrichtung kann ausgebildet sein, um das Licht als breitbandiges Licht und/oder die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung kann ausgebildet sein, um das weitere Licht als breitbandiges weiteres Licht bereitzustellen. Die Lichtbereitstellungseinrichtung und/oder weitere Lichtbereitstellungseinrichtung kann zumindest eine LED, beispielsweise zumindest eine Weißlicht-LED, umfassen. Die Vermessungsachse kann als der optische Pfad der Lichtbereitstellungseinrichtung durch das optische System zu der Kamera verstanden werden. Entsprechend kann die Schrägvermessungsachse als der optische Pfad der weiteren Lichtbereitstellungseinrichtung durch das optische System zu der weiteren Kamera verstanden werden. Die Auswerteeinheit kann gemäß einer Ausführungsform Teil der Messvorrichtung sein.
Die Messvorrichtung kann auch zumindest eine dritte Kamera zum Beobachten des optischen Systems in der Aufnahmeeinrichtung von der zweiten Seite aufweisen, die zum Erstellen eines dritten Kamerabilds ausgebildet ist, und zumindest eine dritte Lichtbereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen von drittem Licht zum Beleuchten des optischen Systems in der Aufnahmeeinrichtung von der ersten Seite aufweisen, wobei in dem betriebsbereiten Zustand der Messvorrichtung die dritte Lichtbereitstellungseinrichtung, das optische System und die dritte Kamera koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer weiteren Schrägvermessungsachse angeordnet sind, die schräg zu der Vermessungsachse und/oder Aufnahmeebene und/oder Schrägvermessungsachse ausgerichtet ist. So kann die MTF des afokalen optischen Systems vorteilhafterweise unter mehreren Feldwinkeln vermessen werden, um ein detaillierteres Ergebnis für die MTF erzielen zu können. Die Messvorrichtung kann auch eine beliebige Anzahl zusätzlicher Kameras und zugehörige Lichtbereitstellungseinrichtungen aufweisen, die mit dem optischen System je auf unterschiedlichen zusätzlichen Schrägvermessungsachsen angeordnet sein können. Beispielsweise kann die Messvorrichtung insgesamt neun Kameras und neun den Kameras zugehörige Lichtbereitstellungseinrichtungen aufweisen. So können die Vermessungsachse und acht Schrägvermessungsachsen zum Vermessen der MTF des optischen Systems dienen. Alle Schrägvermessungsachsen können die Vermessungsachse an einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden, der beispielsweise auf oder in dem afokalen optischen System angeordnet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Lichtbereitstellungseinrichtung einen fokussierbaren oder nicht fokussierbaren Kollimator aufweisen, der ausgebildet ist, um das Licht als kollimiertes Licht bereitzustellen. So kann die Ausgabe des Lichts gezielt gelenkt werden, beispielsweise zu dem optischen System. Entsprechend kann die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung einen fokussierbaren oder nicht fokussierbaren Kollimator aufweisen, der ausgebildet ist, um das weitere Licht als kollimiertes weiteres Licht bereitzustellen. Der Kollimator kann ferner eine abzubildende Struktur, beispielsweise in Form einer Strichplatte, aufweisen. Die Strichplatte kann beispielsweise ein Fadenkreuz ausformen. Die Struktur/Strich platte kann zwischen der Lichtbereitstellungseinrichtung und dem optischen System angeordnet sein. Eine Position der Struktur/Strichplatte kann fix oder entlang der Vermessungsachse veränderbar sein. Jeder Kollimator kann eine eigene derartige Struktur oder Strichplatte aufweisen.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zumindest einen optischen Filter aufweist, der dazu ausgebildet ist, um auf den optischen Filter auftreffendes Licht mit einem ersten Wellenlängenbereich zu verändern, um das Licht mit einem aus dem optischen Filter austretenden veränderten zweiten Wellenlängenbereich bereitzustellen, und/oder der dazu ausgebildet ist, um auf den optischen Filter auftreffendes Licht mit einer ersten Polarisation zu verändern, um das Licht mit einer aus dem optischen Filter austretenden veränderten zweiten Polarisation bereitzustellen. Ein solcher optischer Filter ermöglicht es, den Wellenlängenbereich oder die Polarisation des Lichts an ein Einsatzgebiet anzupassen. Beispielsweise kann als optischer Filter ein sogenannter V-Lambda Filter verwendet werden, wenn das optische System ein Fenster für ein Handy-Display oder ein Wellenleiter eines „Augmented Reality“-Systems bzw. „Virtual Reality“-Systems, kurz „AR-Sys- tem“ bzw. „VR-System“ ist. So kann das Licht an eine Empfindlichkeitsverteilung bei Tageslicht an das menschliche Auge angepasst werden. Auch auf der Schrägvermessungsachse kann ein entsprechender oder anderer optischer Filter angeordnet sein. Der optische Filter kann schwenkbar und/oder rotierbar oder aber auch fix angeordnet sein. Der optische Filter kann parallel zur Aufnahmeebene, beispielsweise zwischen der Kamera und der Aufnahmeeinrichtung oder aber zwischen der Lichtbereitstellungseinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Messvorrichtung einen im Strahlengang des Kollimators angeordneten schwenkbaren und/oder rotierbarem oder fixen optischen Filter zum Ändern oder Beschränken eines Wellenlängenbereichs des Lichts oder Ändern oder Beschränken einer Polarisation des Lichts aufweisen.
Die Messvorrichtung kann eine Kamerahalteeinrichtung aufweisen, die Aufnahmeeinheiten zur Aufnahme der Kameras aufweist. Eine solche Kamerahalteeinrichtung ermöglicht eine gemeinsame Aufnahme beispielsweise aller Kameras in fixen Positionen zueinander. Die Kamerahalteeinrichtung kann kugelschalenförmig als eine Kamerakugelschale ausgeformt sein. Die Kamerakugelschale kann auf einer senkrecht zu der Vermessungsachse verlaufenden X-Achse und/oder einer senkrecht zu der Vermessungsachse und senkrecht zu der X-Achse verlaufenden Y-Achse linear beweglich und/oder um die X-Achse und/oder Y-Achse kippbar angeordnet sein. Durch eine solche Beweglichkeit der Kamerakugelschale kann bei einem als beispielsweise Wellenleiter ausgeformten optischen System eine Eyebox vermessen werden.
Die Messvorrichtung kann auch eine Lichtbereitstellungshalteeinrichtung aufweisen, die Aufnahmeeinheiten zur Aufnahme der Lichtbereitstellungseinrichtungen aufweist. Eine solche Lichtbereitstellungshalteeinrichtung ermöglicht eine gemeinsame Aufnahme beispielsweise aller Lichtbereitstellungshalteeinrichtungen in fixen Positionen zueinander. Die Lichtbereitstellungshalteeinrichtung kann kugelschalenförmig als eine Lichtbereitstellungskugelschale ausgeformt sein. Die Lichtbereitstellungskugelschale kann auf einer senkrecht zu der Vermessungsachse verlaufenden X-Achse und/oder einer senkrecht zu der Vermessungsachse und senkrecht zu der X-Achse verlaufenden Y-Achse linear beweglich und/oder um die X-Achse und/oder Y-Achse kippbar angeordnet sein. Durch eine solche Beweglichkeit der Lichtbereitstellungskugelschale kann bei einem als beispielsweise Wellenleiter ausgeformten optischen System eine Eyebox vermessen werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Kamerakugelschale und die Aufnahmeeinrichtung fix und die Lichtbereitstellungskugelschale linear beweglich und/oder kippbar. Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Lichtbereitstellungskugelschale und die Aufnahmeeinrichtung fix und die Kamerakugelschale linear beweglich und/oder kippbar. In anderen Worten ausgedrückt kann die Kamerahalteeinrichtung gegenüber der Lichtbereitstellungshalteeinrichtung kippbar oder gekippt angeordnet oder die Lichtbereitstellungshalteeinrichtung kann gegenüber der Kamerahalteeinrichtung kippbar oder gekippt angeordnet sein. So ist gemäß einer Ausführungsform ein Versatz zwischen der Lichtbereitstellungskugelschale und der Kamerakugelschale realisierbar oder realisiert.
Die Kamerahalteeinrichtung und zusätzlich oder alternativ die Lichtbereitstellungshalteeinrichtung können lateral verfahrbar angeordnet sein. Dadurch kann ein lateraler Versatz entlang der X-Achse und/oder der Y-Achse erreicht werden. Dabei kann zwischen dem lateralen Versatz der Kameras bzw. der Kollimatoren, bzw. des zugehörigen Domes, und dem lateralen Versatz der Aufnahmevorrichtung (Prüflingshalter, Tray) differenziert werden. Es gibt Prüflinge, bei denen z.B. die Eintrittspupille sehr viel kleiner, als die Austrittspupille ist. Dies sind etwa Wellenleiter für AR/VR-Systeme. Der Prüfling muss sich daher in einer festen Position befinden, damit die Eintrittspupille getroffen werden kann. Um nun das FOV bzw. die Eyebox zu scannen, wird die Kamerahalterung lateral verfahren. Zusätzlich kann ein lateraler Versatz der Kollimatoren vorgenommen werden.
Beispielsweise kann die Messvorrichtung ferner eine Bewegungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um die Aufnahmeeinrichtung quer zu der Vermessungsachse zu bewegen. Beispielsweise kann die Aufnahmeeinrichtung unter Verwendung der Bewegungseinrichtung entlang einer senkrecht zu der Vermessungsachse verlaufenden X-Achse und/oder einer senkrecht zu der Vermessungsachse und senkrecht zu der X-Achse verlaufenden Y-Achse beweglich sein und/oder um die X-Achse und/oder Y-Achse kippbar sein. Durch die Bewegungseinrichtung kann das afokale optische System auf die Vermessungsachse zwischen die Kamera und die Lichtbereitstellungseinrichtung und/oder auf den Schnittpunkt der Schrägvermessungs- achse/n bewegt werden. Eine kippbare Aufnahmeeinrichtung ermöglicht eine FOV- Vermessung, also eine „Field Of View“-Vermessung, bei als Wellenleiter ausgeformten optischen Systemen.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zumindest eine Blende für das Licht und/oder weitere Licht aufweist. Die Blende kann dazu dienen, um eine effektive Pupille zu erzeugen. Hierzu kann die Blende an der Aufnahmeeinrichtung, Kamera oder Lichtbereitstellungseinrichtung angeordnet sein.
Die Messvorrichtung kann ferner die Auswerteeinheit aufweisen, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Kamerabilds und/oder weiteren Kamerabilds eine Abweichung in der Modulationstransferfunktion zu erkennen und unter Verwendung der Abweichung einen Korrekturwert oder eine Korrekturmatrix zum Korrigieren der Modulationstransferfunktion zum Erhöhen der Abbildungsqualität des optischen Systems zu bestimmen.
Beispielsweise kann die Auswerteeinheit hierbei dazu ausgebildet sein, um die Abweichung in der Modulationstransferfunktion von einer vorbestimmten gewünschten Modulationstransferfunktion zu erkennen. Eine solche Abweichung in der Modulationstransferfunktion kann beispielsweise durch eine interne Strukturierung, wie beispielsweise kapazitive Sensoren zur Erzeugung eines berührungssensitiven Mobiltelefon-Displays, in dem als Teil eines Mobiltelefon-Displays ausgeformten optischen System bewirkt werden. Die Strukturierung kann demnach negative Auswirkungen auf die durch das Mobiltelefon-Display transmittierten Bildinformationen haben, was in einer Reduktion der Abbildungsqualität resultiert. Unter Verwendung des Korrekturwerts oder der Korrekturmatrix kann vorteilhafterweise die abweichende Modulationstransferfunktion korrigiert und somit die Abbildungsqualität erhöht werden.
Die Kamera und/oder weitere Kamera kann eine feste oder einstellbare Fokusposition aufweisen. Die Anpassung der Fokusposition kann dadurch realisiert sein, dass der Kamerasensor relativ zur Sammeloptik der Kamera, in axialer Richtung entlang dessen optischen Achse verschoben werden kann. Alternativ oder zusätzlich, kann die Sammeloptik der Kamera über eine veränderbare Brennweite verfügen.
Die Messvorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine der zweiten Seite zugewandt angeordnete Strukturerkennungskamera aufweisen, die ausgebildet ist, um eine vordefinierte Struktur auf der Aufnahmeebene oder in einem definierten Bereich um die Aufnahmeebene zu erkennen, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, um unter Verwendung der erkannten vordefinierten Struktur eine laterale Position des optischen Systems zu bestimmen. Dies ermöglicht es, eine Position des optischen Systems innerhalb der Aufnahmeebene zu erkennen, um beispielsweise ein Verfahren des optischen Systems auf die Vermessungsachse und/oder den Schnittpunkt der Schrägvermessungsachse/n unter Verwendung der Bewegungseinrichtung zu bewirken.
Das afokale optische System kann als ein einzelnes Element wie ein Austrittsfenster beispielsweise für einen Laser, Displayfenster, beispielsweise für ein Mobiltelefon, Wellenleiter beispielsweise für ein AR-System oder optischer Filter ausgeformt sein. Alternativ kann das afokale optische System aber auch als ein aus mehreren optischen Elementen zusammengesetztes optisches System ausgeformt sein, beispielsweise als ein Kameraobjektiv oder Fernglas.
Ein Verfahren zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion eines afokalen optischen Systems umfasst einen Schritt des Bereitstellens von Licht, einen Schritt des Bereitstellens von weiterem Licht, einen Schritt des Erzeugens eines Kamerabilds, einen Schritt des Erzeugens eines weiteren Kamerabilds und einen Schritt des Erkennens. Im Schritt des Bereitstellens von Licht wird Licht zum Beleuchten des optischen Systems, das in einer Aufnahmeebene einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen ist, von einer ersten Seite unter Verwendung einer Lichtbereitstellungseinrichtung bereitgestellt. Im Schritt des Bereitstellens von weiterem Licht wird weiteres Licht zum Beleuchten des optischen Systems, das in der Aufnahmeebene der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen ist, von der ersten Seite unter Verwendung einer weiteren Lichtbereitstellungseinrichtung bereitgestellt. Im Schritt des Erzeugens eines Kamerabilds wird ein Kamerabild einer Strichplatte über das afokale optische System in der Aufnahmeeinrichtung von einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite unter Verwendung einer Kamera erzeugt, wobei die Lichtbereitstellungseinrichtung, das optische System und die Kamera koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Vermessungsachse angeordnet sind, die senkrecht zu der Aufnahmeebene ausgerichtet ist. Im Schritt des Erzeugens eines weiteren Kamerabilds wird ein weiteres Kamerabild einer weiteren Strichplatte über das afokale optische System in der Aufnahmeeinrichtung von der zweiten Seite unter Verwendung einer weiteren Kamera erzeugt, wobei die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung, das optische System und die weitere Kamera koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Schrägvermessungsachse angeordnet sind, die schräg zu der Vermessungsachse und/oder Aufnahmeebene ausgerichtet ist. Im Schritt des Erkennens wird die Modulationstransferfunktion des optischen Systems unter Verwendung des Kamerabilds und/oder weiteren Kamerabilds erkannt.
Im Schritt des Erzeugens des Kamerabilds kann das Kamerabild von der Strichplatte (Reticle) erzeugt werden, die mittels Kollimator, afokalem System und Kameraoptik der Kamera abgebildet wird. Ebenso kann im Schritt des Erzeugens des weiteren Kamerabilds das weitere Kamerabild von der weiteren Strichplatte erzeugt werden, die mittels Kollimator, afokalem System und Kameraoptik der weiteren Kamera abgebildet wird.
Im Schritt des Erzeugens des Kamerabilds und/oder im Schritt des Erzeugens des weiteren Kamerabilds kann je eine Sequenz an Kamerabildern und/oder weiteren Kamerabildern erzeugt werden. Beispielsweise wird je ein erstes Zwischenbild der Strich platte/n durch den Kollimator erzeugt, dieses wird durch das afokale optische System (Prüfling) verändert und anschließend über eine Sammeloptik der Ka- mera/weiteren Kamera auf den Sensor hin abgebildet.
Der Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion eines afokalen optischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kamerabilds einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine schematische seitliche Querschnittdarstellung eines Kollimators einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine perspektivische Aufsicht auf eine Kamerahalteeinrichtung einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 eine seitliche Querschnittsdarstellung einer Kamerahalteeinrichtung einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 eine perspektivische Aufsicht auf eine Lichtbereitstellungshalteeinrichtung einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 eine seitliche Querschnittsdarstellung einer Lichtbereitstellungshalteeinrichtung einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion eines afokalen optischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung 100 zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion MTF eines afokalen optischen Systems 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die Messvorrichtung 100 weist eine Aufnahmeeinrichtung 110, eine Lichtbereitstellungseinrichtung 115, eine Kamera 120, zumindest eine weitere Lichtbereitstellungseinrichtung 125, zumindest eine weitere Kamera 130 und eine Übertragungsschnittstelle 135 auf. Die Aufnahmeeinrichtung 115 ist zur Aufnahme des afokalen optischen Systems 105 in einer Aufnahmeebene 140 ausgeformt. Die Lichtbereitstellungseinrichtung 115 ist zum Bereitstellen von Licht 145 zum Beleuchten des afokalen optischen Systems 105 in der Aufnahmeeinrichtung 110 von einer ersten Seite 150 ausgebildet. Die Kamera 120 ist zum Beobachten des afokalen optischen Systems 105 in der Aufnahmeeinrichtung 110 von einer der ersten Seite 150 gegenüberliegenden zweiten Seite 155 und zum Erstellen eines Kamerabilds 160 ausgebildet, wobei in einem hier gezeigten betriebsbereiten Zustand der Messvorrichtung 100 die Lichtbereitstellungseinrichtung 115, das afokale optische System 105 und die Kamera 120 koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Vermessungsachse 162 angeordnet sind, die senkrecht zu der Aufnahmeebene 140 ausgerichtet ist. Die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung 125 ist zum Bereitstellen von weiterem Licht 165 zum Beleuchten des afokalen optischen Systems 105 in der Aufnahmeeinrichtung 110 von der ersten Seite 150 ausgebildet. Die weitere Kamera 130 ist zum Beobachten des afokalen optischen Systems 105 in der Aufnahmeeinrichtung 110 von der zweiten Seite 155 und zum Erstellen eines weiteren Kamerabilds 170 ausgebildet; wobei in dem betriebsbereiten Zustand die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung 125, das a- fokale optische System 105 und die weitere Kamera 130 koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Schrägvermessungsachse 175 angeordnet sind, die schräg zu der Vermessungsachse 162 und/oder schräg zu der Aufnahmeebene 140 ausgerichtet ist. Die Übertragungsschnittstelle 135 ist zum Übertragen des Kamerabilds 160 und weiteren Kamerabilds 170 zu einer Auswerteeinheit 180 ausgebildet, die ausgebildet ist, um unter Verwendung zumindest des Kamerabilds 160 und/oder weiteren Kamerabilds 170 die Modulationstransferfunktion MTF des afokalen optischen Systems 105 zu erkennen. Lediglich beispielhaft ist das afokale optische System 105 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der Aufnahmeeinrichtung 110 der Messvorrichtung 100 aufgenommen und somit in der Aufnahmeebene 140 angeordnet.
Bei dem afokalen optischen System 105 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft um ein einzelnes optisches Element, hier in Form eines Displayfensters für beispielsweise ein Mobiltelefon. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das afokale optische System 105 als ein anderes einzelnes optisches Element wie z. B. ein Austrittsfenster für einen Laser, ein Wellenleiter für beispielsweise ein AR/VR-System oder ein optischer Filter, oder aber als ein aus mehreren optischen Elementen zusammengesetztes optisches System, wie z. B. ein beidseitig telezentrisches Kameraobjektiv oder ein Fernglas ausgeformt. Die hier vorgestellte Messvorrichtung 100 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die Modulationstransferfunktion MTF/Abbildungsqualität des afokalen optischen Systems 105 an mehreren Feldpositionen simultan zu messen. Die Vermessungsachse 162 kann als der optische Pfad der Lichtbereitstellungseinrichtung 115 durch das optische System 105 zu der Kamera 120 verstanden werden. Entsprechend kann die Schrägvermessungsachse 175 als der optische Pfad der weiteren Lichtbereitstellungseinrichtung 125 durch das optische System 105 zu der weiteren Kamera 130 verstanden werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 180 Teil der Messvorrichtung 100.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Lichtbereitstellungseinrichtung 115 einen fokussierbaren oder nicht fokussierbaren Kollimator auf, der ausgebildet ist, um das Licht 145 als kollimiertes Licht bereitzustellen. Entsprechend weist die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen fokussierbaren oder nicht fokussierbaren Kollimator auf, der ausgebildet ist, um das weitere Licht 165 als kollimiertes weiteres Licht bereitzustellen. Der Kollimator ist in Fig. 5 näher gezeigt und beschrieben. Der Kollimator/die Kollimatoren weist/weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine abzubildende Struktur, hier beispielsweise in Form einer Strichplatte 185, die hier lediglich beispielhaft ein Fadenkreuz ausformt, auf. Die Strichplatte 185 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel zwischen der Lichtbereitstellungseinrichtung 115 und dem optischen System 105 angeordnet. Eine Position der Struktur/Strichplatte 185 ist fix oder entlang der Vermessungsachse 162/Schrägver- messungsachse 175 veränderbar. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung 125 eine eigene weitere Strichplatte 185 auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung 100 zumindest einen optischen Filter auf, der dazu ausgebildet ist, um auf den optischen Filter auftreffendes Licht 145 mit einem ersten Wellenlängenbereich zu verändern, um das Licht 145 mit einem aus dem optischen Filter austretenden veränderten zweiten Wellenlängenbereich bereitzustellen, und/oder der dazu ausgebildet ist, um auf den optischen Filter auftreffendes Licht 145 mit einer ersten Polarisation zu verändern, um das Licht 145 mit einer aus dem optischen Filter austretenden veränderten zweiten Polarisation bereitzustellen. Ein solcher optischer Filter ermöglicht es, den Wellenlängenbereich oder die Polarisation des Lichts an ein Einsatzgebiet anzupassen. Auch auf der Schrägvermessungsachse 175 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ein entsprechender oder anderer optischer Filter angeordnet. Der optische Filter ist gemäß einem Ausführungsbeispiel schwenkbar und/oder rotierbar oder aber fix angeordnet. Der optische Filter ist gemäß einem Ausführungsbeispiel parallel zur Aufnahmeebene 140, beispielsweise zwischen der Kamera 120 und der Aufnahmeeinrichtung 110 oder aber gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel zwischen der Lichtbereitstellungseinrichtung 115 und der Aufnahmeeinrichtung 110 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ weist die Messvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel einen im Strahlengang des Kollimators der Lichtbereitstellungseinrichtung 115 angeordneten schwenkbaren und/oder rotierbarem oder fixen optischen Filter zum Ändern oder Beschränken einer Wellenlänge des Lichts 145 oder Ändern oder Beschränken einer Polarisation des Lichts 145 auf. Zusätzlich oder alternativ weist die Messvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel einen im Strahlengang des Kollimators der weiteren Lichtbereitstellungseinrichtung 125 angeordneten schwenkbaren und/oder rotierbarem oder fixen optischen Filter zum Ändern oder Beschränken einer Wellenlänge des weiteren Lichts 165 oder Ändern oder Beschränken einer Polarisation des weiteren Lichts 165 auf.
Die Messvorrichtung 100 weist ferner gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Bewegungseinrichtung 190 auf, die ausgebildet ist, um die Aufnahmeeinrichtung 110 quer zu der Vermessungsachse 162 zu bewegen. Beispielsweise ist die Aufnahmeeinrichtung 110 unter Verwendung der Bewegungseinrichtung 190 entlang einer senkrecht zu der Vermessungsachse 162 verlaufenden X-Achse und/oder einer senkrecht zu der Vermessungsachse 162 und senkrecht zu der X-Achse verlaufenden Y-Achse beweglich und/oder um die X-Achse und/oder Y-Achse kippbar. Mittels der Bewegungseinrichtung 190 ist das optische System 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel innerhalb der Aufnahmeebene 140 auf die Vermessungsachse 162 zwischen die Kamera 120 und die Lichtbereitstellungseinrichtung 115 und/oder auf einen Schnittpunkt der Vermessungsachse 162 mit der Schrägvermessungsachse 175 verfahrbar.
Die Messvorrichtung 100 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest eine Blende 192 für das Licht 145 und/oder weitere Licht 165 auf. Die Blende 192 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine effektive Pupille zu erzeugen. Hierzu ist die Blende 192 gemäß diesem Ausführungsbeispiel an der Aufnahmeeinrichtung 110, oder gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel an oder in der Kamera 120 und/oder weiteren Kamera 130 oder der Lichtbereitstellungseinrichtung 115 und/oder weiteren Lichtbereitstellungseinrichtung 125 angeordnet.
Die Messvorrichtung 100 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner die Auswerteeinheit 180 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Kamerabilds 160 und/oder weiteren Kamerabilds 170 eine Abweichung in der Modulationstransferfunktion MTF zu erkennen und unter Verwendung der Abweichung einen Korrekturwert oder eine Korrekturmatrix zum Korrigieren der Modulationstransferfunktion MTF zum Erhöhen der Abbildungsqualität des optischen Systems 105 zu bestimmen. Eine solche Abweichung in der Modulationstransferfunktion MTF wird beispielsweise durch eine interne Strukturierung 195, wie beispielsweise kapazitive Sensoren zur Erzeugung eines berührungssensitiven Mobiltelefon-Displays, in dem als Mobiltelefon-Displayfenster ausgeformten afokalen optischen System 105 bewirkt. Die Strukturierung 195 kann demnach negative Auswirkungen auf die durch das Mobiltelefon-Display transmittierten Bildinformationen bewirken, was in eine Reduktion der Abbildungsqualität resultiert. Unter Verwendung des Korrekturwerts oder der Korrekturmatrix ist vorteilhafterweise die abweichende Modulationstransferfunktion korrigierbar und es kann somit die Abbildungsqualität erhöht werden. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit 180 dazu ausgebildet, um die Abweichung in der Modulationstransferfunktion MTF von einer vorbestimmten gewünschten Modulationstransferfunktion zu erkennen.
Die Kamera 120 und/oder weitere Kamera 130 weist gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen entweder eine feste oder eine einstellbare Fokusposition auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Kamera 120 und/oder weitere Kamera 130 eine einstellbare Fokusposition auf, indem der Bildsensor relativ zur Sammeloptik der Kamera längs deren optischer Achse verfahrbar ist, und/oder ist hier beispielsweise in Form einer Teleskopkamera mit änderbarer Brennweite ausgeformt. Die Messvorrichtung 100 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner eine der zweiten Seite 155 zugewandt angeordnete Strukturerkennungskamera 197 auf, die ausgebildet ist, um eine vordefinierte Struktur auf der Aufnahmeebene 140 oder in einem definierten Bereich um die Aufnahmeebene 140 zu erkennen, wobei die Auswerteeinrichtung 180 ausgebildet ist, um unter Verwendung der erkannten vordefinierten Struktur eine laterale Position des optischen Systems 105 zu bestimmen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bewegungseinrichtung 190 ausgebildet, um unter Verwendung der lateralen Position des optischen Systems 105 ein Verfahren des optischen Systems 105 auf die Vermessungsachse 162 und/oder den Schnittpunkt der Vermessungsachse 162 mit der Schrägvermessungsachse 175 zu bewirken.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Messvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in Fig. 1 beschriebene Messvorrichtung 100 handeln, mit dem Unterscheid, dass die Messvorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest eine dritte Kamera 200, zumindest eine dritte Lichtbereitstellungseinrichtung 205, eine Kamerahalteeinrichtung 210 mit Aufnahmeeinheiten 215 zur Aufnahme der Kameras 120, 130, 200 und/oder eine Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 mit Aufnahmeeinheiten 225 zur Aufnahme der Lichtbereitstellungseinrichtungen 115, 125, 205 aufweist.
Die dritte Kamera 200 ist zum Beobachten des optischen Systems 105 in der Aufnahmeeinrichtung 110 von der zweiten Seite und zum Erstellen eines dritten Kamerabilds ausgebildet. Die dritte Lichtbereitstellungseinrichtung 205 ist zum Bereitstellen von drittem Licht zum Beleuchten des optischen Systems 105 in der Aufnahmeeinrichtung 110 von der ersten Seite ausgebildet, wobei in dem hier gezeigten betriebsbereiten Zustand der Messvorrichtung 100 die dritte Lichtbereitstellungseinrichtung 205, das optische System 105 und die dritte Kamera 200 koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer weiteren Schrägvermessungsachse angeordnet sind, die schräg zu der Vermessungsachse und/oder Aufnahmeebene und/oder Schrägvermessungsachse ausgerichtet ist. Die Messvorrichtung 100 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine beliebige Anzahl zusätzlicher Kameras und zugehöriger Lichtbereitstellungseinrichtungen auf, die mit dem optischen System 105 je auf unterschiedlichen, zusätzlichen Schrägvermessungsachsen angeordnet sind. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung 100 insgesamt neun Kameras 120, 130, 200 und neun den Kameras 120, 130, 200 zugehörige Lichtbereitstellungseinrichtungen 115, 125, 205 auf. So dienen die Vermessungsachse und acht Schrägvermessungsachsen zum Vermessen der MTF des optischen Systems 105. Alle Schrägvermessungsachsen schneiden die Vermessungsachse gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einem gemeinsamen Schnittpunkt, der beispielsweise auf oder in dem optischen System 105 angeordnet ist.
Die Kamerahalteeinrichtung 210 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel kugelschalenförmig als eine Kamerakugelschale ausgeformt. Die Kamerakugelschale ist gemäß einem Ausführungsbeispiel auf einer senkrecht zu der Vermessungsachse verlaufenden X-Achse und/oder einer senkrecht zu der Vermessungsachse und senkrecht zu der X-Achse verlaufenden Y-Achse linear beweglich und/oder um die X- Achse und/oder Y-Achse kippbar angeordnet. Die Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel kugelschalenförmig als eine Lichtbereitstellungskugelschale ausgeformt. Die Lichtbereitstellungskugelschale ist gemäß einem Ausführungsbeispiel auf einer senkrecht zu der Vermessungsachse verlaufenden X-Achse und/oder einer senkrecht zu der Vermessungsachse und senkrecht zu der X-Achse verlaufenden Y-Achse linear beweglich und/oder um die X- Achse und/oder Y-Achse kippbar angeordnet. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Kamerakugelschale und die Aufnahmeeinrichtung 110 fix und die Lichtbereitstellungskugelschale linear beweglich und/oder kippbar ausgeformt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Lichtbereitstellungskugelschale und die Aufnahmeeinrichtung 110 fix und die Kamerakugelschale linear beweglich und/oder kippbar ausgeformt.
Die Kamerahalteeinrichtung 210, Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 und Aufnahmeeinrichtung 110 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einer Werkbank, hier beispielhaft in Form eines Rollwagens 230, aufgenommen.
In Fig. 1 und 2 sind ein Messprinzip und Aufbau der Messvorrichtung 100 für afokale, optische Systeme 105 am Beispiel eines strukturierten Displays dargestellt. Zur Veranschaulichung sind die bezüglich der Vermessungsachse außeraxialen Strahlengänge nicht dargestellt. In Fig. 2 ist die technische Realisierung im fertigen Messgerät gezeigt. Die Messvorrichtung 100 ermöglicht es, wie bei bekannten Messsystemen die Abbildungsqualität von im Folgenden auch als „Prüfling“ bezeichneten optischen Komponenten simultan an verschiedenen Feldpositionen zu vermessen, wobei es sich bei den zu vermessenden Prüflingen anders als bei den bekannten Messsystemen um afokale optische Systeme 105 handelt. In einem Anwendungsbeispiel wird der Prüfling von der Unterseite mit kollimiertem Licht beleuchtet. Dieses wird mithilfe des Kollimators erzeugt, welcher seinerseits eine abzubildende Struktur, beispielsweise ein Fadenkreuz, auch „Reticle“ genannt, beinhaltet. In Fig. 2 ist ein Kollimator mit fest positioniertem Fadenkreuz gezeigt. Als Lichtquelle der Lichtbereitstellungseinrichtungen 115, 125, 205 wird beispielsweise je eine Weißlicht-LED verwendet. Je nach Anwendung ist die Verwendung anderer Lichtquellen denkbar. Zusätzlich sind gemäß einem Ausführungsbeispiel optische Filter eingesetzt, um den Wellenlängenbereich an die Anwendung anzupassen. So wird beispielsweise bei der Vermessung von Handy-Displayfenstern oder Wellenleitern für AR/VR-Systeme, ein Photopic-Eye Filter verwendet, um den Wellenlängenbereich des Lichts 145 an die Empfindlichkeitsverteilung bei Tageslicht des menschlichen Auges anzupassen. Zusätzlich oder alternativ ist gemäß einem Ausführungsbeispiel im Strahlengang des Kollimators ein fixer oder drehbarer Polarisationsfilter angeordnet. Das Einsetzen von Filtern ist beispielsweise auch bei der Messung der wellenlängenabhängigen Abbildungsqualität (MTF) relevant.
Damit der Prüfling an verschiedenen Feldpositionen simultan vermessen werden kann, sind die Kollimatoren auf der Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 in Form eines Domes und die Kameras 120, 130, 200 auf der Kamerahalteeinrichtung 210 ebenfalls in Form eines Domes angeordnet. Diese Dome sind in den Figuren 6, 7, 8 und 9 genauer dargestellt. Die beiden Dome-Konstruktionen sind im hier gezeigten betriebsbereiten Zustand der Messvorrichtung 100 unterhalb bzw. oberhalb des Prüflings platziert. Die zusammengebaute Messvorrichtung 100 ist hier in Fig. 2 gezeigt. Jeder Dome besteht aus einer Kugelschale an deren Oberfläche Haltervorrichtungen befestigt sind. Diese Haltevorrichtungen dienen ihrerseits zur Befestigung der Kameras 120, 130, 200 bzw. der Kollimatoren. Die Kameras 120, 130, 200 und Kollimatoren sind dabei so montiert, dass sich deren optische Achsen in einem Punkt schneiden. Dabei ist die Kamera 120 bzw. der Kollimator der Lichtbereitstellungseinrichtung 115 im Zentrum des Domes montiert. Diese axiale Kamera 120 bzw. dieser axiale Kollimator ist so ausgerichtet, dass dessen optische Achse senkrecht auf der Prüflingsebene, zuvor als Aufnahmeebene bezeichnet, steht. Der Schnittpunkt aller optischer Achsen der Kameras 120, 130, 200 bzw. Kollimatoren liegt dabei auf der optischen Achse der axialen Kamera 120 bzw. des axialen Kollimators. In der fertigen Messvorrichtung 100 sind die Dome-Konstruktionen sich gegenüberliegend angeord-
ERSATZBLATT (REGEL 26) net. Die Krümmungsmittelpunkte fallen gemäß einem Ausführungsbeispiel zusammen, oder aber sind gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel versetzt voneinander angeordnet. Dies kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn das zu prüfende, optische Element/System 105 einen Parallelversatz im Strahlengang erzeugt. Wie es beispielsweise bei einem ebenen Wellenleiter oder einem prismatischen System der Fall sein kann. Zusätzlich wird eine effektive Pupille im Strahlengang der Kameras 120, 130, 200 erzeugt. Dies ist gemäß einem Ausführungsbeispiel mithilfe einer Blende in der Nähe des Prüflings realisiert, wie dies in Fig. 1 oder Fig. 3 dargestellt ist. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine individuelle Blende vor jedem Kollimator oder vor jeder Kamera 120, 130, 200 angeordnet.
Der Prüfling selber wird/ist in einer geeigneten Halterung platziert, der Aufnahmeeinrichtung 110, welche sich zwischen dem oberen und dem unteren Dome befindet. Die Halterung ist in x-Richtung sowie in y-Richtung verfahrbar, sodass der Prüfling an verschiedenen Positionen vermessen werden kann. Die Halterung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgelegt, um mehrere Prüflinge aufzunehmen, welche nacheinander vermessen werden. Weiterhin ist gemäß einem Ausführungsbeispiel oberhalb oder unterhalb des Prüflings ein optischer Filter angeordnet, welcher die Wellenlänge und/oder die Polarisation der durch den Prüfling laufenden Lichtstrahlen verändert. Die Größe des Filters ist gemäß einem Ausführungsbeispiel bei Bedarf anpassbar. Dies stellt eine alternative Ausführung für den Fall dar, wenn Kollimatoren ohne entsprechende Filter verwendet werden.
Die Verstrebungen des oberen Domes sind gemäß einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Kameras in Form der in Fig. 1 beschriebenen Strukturerkennungskameras ausgestattet, um die laterale Position (x-, y-Position) des Prüflings festzustellen. Zu diesem Zweck sind diese Strukturerkennungskameras gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um bekannte Strukturen in der Prüflingsebene oder zusätzliche Strukturen, die in einem definierten Abstand zum Prüfling angeordnet sind und sich beispielsweise auf der Prüflingshalterung befinden, zu erkennen.
Ein wichtiger Anwendungsbereich der hier vorgestellten Messvorrichtung 100 ist die Vermessung von Handy-Displayfenstern. Diese haben die Besonderheit, dass sie über eine interne Strukturierung verfügen, welche beispielsweise dafür sorgt, dass die Displays berührungsempfindlich sind. Ein Ausschnitt eines solchen, strukturierten Displays ist in Fig. 1 und 3 schematisch dargestellt. Eine solche eingebrachte Struktur hat negative Auswirkungen auf die durch das Display transmittierten Bildinformationen. Die hier vorgestellte Messvorrichtung 100 verfügt gemäß einem Ausführungsbeispiel weiterhin über die Auswerteinheit, welche es ermöglicht, eine durch die Strukturierung hervorgerufene Reduktion der Abbildungsqualität zu ermitteln und auf Basis dieses Wertes einen Korrekturfaktor oder eine Korrekturmatrix zu berechnen. Der so berechnete Korrekturfaktor oder die so berechnete Korrekturmatrix wird weiterhin im Rahmen einer Bildverarbeitung angewandt, um ein Bild, welches mit einer Kamera 120, 130, 200 durch das Display hindurch aufgenommen wurde, zu korrigieren. Ein konkreter Anwendungsfall wäre die Bildaufnahme über die Frontkamera eines Smartphones.
Ein weiterer, wichtiger Anwendungsbereich der hier vorgestellten Messvorrichtung 100 ist die Vermessung von Wellenleitern, insbesondere von solchen Wellenleitern, wie sie in VR/AR-Headsets zum Einsatz kommen. Bei optischen Systemen für VR/AR-Anwendungen ist es wichtig, den Bereich der sogenannten „Eyebox“ zu vermessen. Dieser Bereich kann allgemein als ein Volumen definiert werden, in welchem sich die Pupille des Auges befinden muss, um bestimmte, definierte Kriterien hinsichtlich der Bildwahrnehmung zu erfüllen. Ein solches Kriterium kann z. B. sein, dass ein vom Headset erzeugtes Bild im Bereich der Eyebox vollständig sichtbar bleibt. Um mithilfe der hier vorgeschlagenen Messvorrichtung 100 einen entsprechenden Wellenleiter an verschiedenen Positionen innerhalb der Eyebox zu vermessen, ist diese in einer entsprechenden Variante so ausgestaltet, dass der Prüfling sowie wahlweise der untere oder obere Dome fixiert sind und der jeweils andere Dome in seiner lateralen Position veränderbar ist.
Ein weiterer, wichtiger Messparameter bei Optiken für AR/VR-Systeme ist deren Feldwinkel bzw. Field of View (FOV). Dabei ist es notwendig, dass der Winkel zwischen der Prüflingsebene und den optischen Achsen der Kameras 120, 130, 200 bzw. der Kollimatoren verändert werden kann, sodass beispielsweise der Winkel zwischen Prüflingsebene und axialer Kamera 120/axialem Kollimator von 90° verschieden ist. Dies ist gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen entweder dadurch realisiert, dass die Prüflingshalterung um die x-Achse bzw. die y-Achse kippbar ist, oder, dass alternativ der obere bzw. untere Dome kippbar ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind Hauptmerkmale der hier vorgestellten Messvorrichtung 100 zur Vermessung der MTF von afokalen, optischen Systemen 105, die folgenden Komponenten: die Aufnahmeeinrichtung 110 in Form eines Prüflingshalters, welcher gemäß einem Ausführungsbeispiel dazu in der Lage ist, das zu prüfende, afokale optische System 105 in eine fest definierte Position zu verfahren; mehrere Kameras 120, 130, die oberhalb des Prüflings in beispielsweise einer festen Struktur derart angeordnet sind, dass die Bildebenen der Kameras 120, 130 auf der Oberfläche einer Kugelschale verteilt sind und, dass sich die optischen Achsen der Kameras 120, 130 zumindest näherungsweise in einem Punkt schneiden sowie, dass weiterhin eine der Kameras 120 derart im Zentrum der Oberfläche der Kugelschale angeordnet ist, dass die optische Achse der einen Kamera 120 senkrecht auf der Prüflingsebene stehen kann, und, dass weiterhin der Schnittpunkt der optischen Achsen aller Kameras 120, 130 auf der optischen Achse der einen Kamera 120 liegt; mehrere Lichtbereitstellungseinrichtungen 115, 125 beispielsweise mit Kollimatoren, die unterhalb des Prüflings in beispielsweise einer festen Struktur derart angeordnet sind, dass die Objektebenen der Kollimatoren auf der Oberfläche einer Kugelschale verteilt sind und dass sich die optischen Achsen der Kollimatoren zumindest näherungsweise in einem Punkt schneiden sowie, dass weiterhin einer der Kollimatoren derart im Zentrum der Oberfläche der Kugelschale angeordnet ist, dass die optische Achse des einen Kollimators senkrecht auf der Prüflingsebene stehen kann, und, dass weiterhin der Schnittpunkt der optischen Achsen aller Kollimatoren auf der optischen Achse des einen Kollimators liegt; und die Auswerteeinheit in Form einer Steuereinheit zur Auswertung der durch die Kameras 120, 130 aufgenommenen Kamerabilder.
Weitere optionale Komponenten oder Eigenschaften der hier vorgestellten Messvorrichtung 100 in beliebiger Kombination sind: dass die Kameras 120, 130 entweder über eine feste oder einstellbare Fokusposition verfügen; dass jeder Kollimator/Lichtbereitstellungseinrichtung 115, 125, 205 über eine breitbandige Lichtquelle verfügt und/oder, dass weiterhin feste oder rotier- bzw. einschwenkbare, optische Filter innerhalb des Strahlengangs des Kollima- tors/Lichtbereitstellungseinrichtung 115, 125, 205 angeordnet sind und/oder, dass die optischen Filter dazu dienen, den Wellenlängenbereich und/oder die Polarisation des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes 145 zu beschränken bzw. zu verändern; dass im Strahlengang jedes Kollimators/Lichtbereitstellungseinrichtung 115, 125, 205 sich eine Strichplatte (Reticle) befindet, welches von der Lichtquelle beleuchtet wird und deren Position entlang der optischen Achse im Strahlengang des Kol- limators/Lichtbereitstellungseinrichtung 115, 125, 205 entweder fest oder veränderbar ist; dass in einer Ebene, welche parallel zur Prüflingsebene steht, ein fester oder rotier- bzw. einschwenkbarer, optischer Filter angeordnet ist und dazu dient, die durch den Prüfling laufenden Lichtstrahlen in ihrer Wellenlänge und/oder Polarisation zu beeinflussen; dass in mindestens einem, durch den Prüfling laufenden Strahlenbündel eine effektive Pupille erzeugt wird, welche in Form mindestens einer physischen Apertur realisiert ist; dass der Prüflingshalter fest mit der Kamerahalteeinrichtung 210 in Form einer festen Kamerastruktur verbunden ist, welche sich oberhalb des Prüflingshalters befindet, und, dass die Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 in Form einer festen Kollimatorstruktur, welche sich unterhalb des Prüflingshalters befindet, relativ zum Prüflingshalter in ihrer lateralen Position veränderbar ist; dass der Prüflingshalter fest mit der festen Kollimatorstruktur verbunden ist, welche sich unterhalb des Prüflingshalters befindet, und dass die feste Kamerastruktur, welche sich oberhalb des Prüflingshalters befindet, relativ zum Prüflingshalter in ihrer lateralen Position veränderbar ist; dass es möglich ist, den Winkel zwischen der Prüflingsebene und den optischen Achsen der Kameras 120, 130 innerhalb der festen Kamerastruktur und/oder der Kollimatoren innerhalb der festen Kollimatorstruktur zu verändern; dass mindestens eine Strukturerkennungskamera oberhalb des Prüflings angeordnet ist und dazu dient, bekannte Strukturen in der Prüflingsebene oder in einem zur Prüflingsebene definiertem Abstand zu erkennen und, dass weiterhin die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass anhand der von der mindestens einen Strukturerkennungskamera erkannten Bilder, eine laterale Position des Prüflings bestimmt wird; dass die Steuereinheit weiterhin so ausgelegt ist, dass diese in der Lage ist, eine durch eine Struktur im Prüfling hervorgerufene Reduktion der Abbildungsqualität zu bestimmen und weiterhin einen Korrekturfaktor oder eine Korrekturmatrix zu ermitteln, mit dessen Hilfe die zuvor bestimmte Reduktion im Rahmen einer Bildverarbeitung rechnerisch ausgeglichen werden kann.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in Fig. 1 oder 2 beschriebene Messvorrichtung 100 handeln.
In Fig. 3 ist der axiale Strahlengang der Messvorrichtung 100 gezeigt. Das zugehörige axiale Kamerabild ist in Fig. 4 gezeigt. Als Abbildungssystem wird gemäß einem Ausführungsbeispiel die Kamera 120 mit z. B. axial veränderbarer Sensorposition und/oder einstellbarer Brennweite verwendet. Es ist alternativ möglich, einen Kollimator mit verfahrbarem Reticle und eine fest eingestellte Kamera 120 oder aber auch einen fokussierbaren Kollimator sowie eine in ihrer Fokusposition einstellbare Kamera 120 zu verwenden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Kamerabilds 160 einer Messvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das Kamerabild 160 der Kamera 120 der in Fig. 3 beschriebenen Messvorrichtung 100 handeln, das auch als axiales Kamerabild bezeichnet werden kann.
Fig. 5 zeigt eine schematische seitliche Querschnittdarstellung eines Kollimators 500 einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der Figuren 1 bis 4 beschriebenen Messvorrichtung 100 handeln. Dargestellt ist allgemein zur Veranschaulichung das Funktionsprinzip eines fokussierbaren Kollimators 500. Fig. 6 zeigt eine perspektivische Aufsicht auf eine Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in Fig. 2 beschriebene Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 handeln. Die Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 kann auch als Kollimatordome bezeichnet werden. Es ist eine Schnittlinie A-A eingezeichnet.
Fig. 7 zeigt eine seitliche Querschnittsdarstellung einer Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist ein Schnitt A-A. Somit kann es sich um die in Fig. 6 beschriebene Lichtbereitstellungshalteeinrichtung 220 handeln, in welche in Fig. 5 beschriebene Kollimatoren aufgenommen sind.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Aufsicht auf eine Kamerahalteeinrichtung 210 einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in in Fig. 2 beschriebene Kamerahalteeinrichtung 210 handeln. Die Kamerahalteeinrichtung 210 kann auch als Teleskopdome bezeichnet werden. Es ist eine weitere Schnittlinie A-A eingezeichnet.
Fig. 9 zeigt eine seitliche Querschnittsdarstellung einer Kamerahalteeinrichtung 210 einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist ein Schnitt A- A. Somit kann es sich um die in Fig. 8 beschriebene Kamerahalteeinrichtung 210 handeln, in die Kameras aufgenommen sind.
Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion eines afokalen optischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in einer der vorangehenden Figuren beschriebene afokale optische System handeln. Das Verfahren 1000 ist von der Messvorrichtung ansteuerbar oder durchführbar, die in einer der vorangegangenen Figuren beschrieben wurde.
Das Verfahren 1000 umfasst einen Schritt 1005 des Bereitstellens von Licht, einen Schritt 1010 des Bereitstellens von weiterem Licht, einen Schritt 1015 des Erzeugens eines Kamerabilds, einen Schritt 1020 des Erzeugens eines weiteren Kamerabilds und einen Schritt 1025 des Erkennens. Im Schritt 1005 des Bereitstellens von Licht wird Licht zum Beleuchten des afokalen optischen Systems, das in einer Aufnahme- ebene einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen ist, von einer ersten Seite unter Verwendung einer Lichtbereitstellungseinrichtung bereitgestellt. Im Schritt 1010 des Bereitstellens von weiterem Licht wird weiteres Licht zum Beleuchten des afokalen optischen Systems, das in der Aufnahmeebene der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen ist, von der ersten Seite unter Verwendung einer weiteren Lichtbereitstellungseinrichtung bereitgestellt. Im Schritt 1015 des Erzeugens eines Kamerabilds wird ein Kamerabild der Strichplatte über das afokale, optische System in der Aufnahmeeinrichtung von einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite unter Verwendung einer Kamera erzeugt, wobei die Lichtbereitstellungseinrichtung, das afokale optische System und die Kamera koaxial auf einer Vermessungsachse angeordnet sind oder parallele Messachsen aufweisen, die senkrecht zu der Aufnahmeebene ausgerichtet ist. Im Schritt 1020 des Erzeugens eines weiteren Kamerabilds wird ein weiteres Kamerabild einer weiteren Strichplatte über das afokale, optische System in der Aufnahmeeinrichtung von der zweiten Seite unter Verwendung einer weiteren Kamera erzeugt, wobei die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung, das afokale optische System und die weitere Kamera koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Schrägvermessungsachse angeordnet sind, die schräg zu der Vermessungsachse und/oder Aufnahmeebene ausgerichtet ist. Im Schritt 1025 des Erkennens wird die Modulationstransferfunktion des afokalen optischen Systems unter Verwendung des Kamerabilds und/oder weiteren Kamerabilds erkannt, beziehungsweise berechnet. Optional kann im Rahmen dieses Schrittes zusätzlich eine Berechnung eines Korrekturfaktors bzw. einer Korrekturmatrix durchgeführt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden der Schritt 1005 des Bereitstellens von Licht und der Schritt 1010 des Bereitstellens von weiterem Licht simultan ausgeführt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden der Schritt 1015 des Erzeugens eines Kamerabilds und der Schritt 1020 des Erzeugens eines weiteren Kamerabilds simultan ausgeführt.
Im Schritt 1015 des Erzeugens kann das Kamerabild von der Strichplatte (Reticle) erzeugt werden, die mittels Kollimator, afokalem System und Kameraoptik der Kamera abgebildet wird. Ebenso kann im Schritt 1020 des Erzeugens das weitere Kamerabild von der weiteren Strichplatte erzeugt werden, die mittels Kollimator, afokalem System und Kameraoptik der weiteren Kamera abgebildet wird. Im Schritt 1015 des Erzeugens und/oder im Schritt 1020 des Erzeugens kann je eine Sequenz an Kamerabildern und/oder weiteren Kamerabildern erzeugt werden. Beispielsweise wird je ein erstes Zwischenbild der Strichplatte durch den Kollimator erzeugt, dieses wird durch das afokale optische System (Prüfling) verändert und an- schließend über eine Sammeloptik der Kamera/weiteren Kamera auf den Sensor hin abgebildet.

Claims

25 Patentansprüche
1. Messvorrichtung (100) zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion (MTF) eines afokalen optischen Systems (105), wobei die Messvorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: eine Aufnahmeeinrichtung (110) zur Aufnahme des afokalen optischen Systems (105) in einer Aufnahmeebene (140); eine Lichtbereitstellungseinrichtung (115) zum Bereitstellen von Licht (145), zum Beleuchten des afokalen optischen Systems (105) in der Aufnahmeeinrichtung (110) von einer ersten Seite (150); eine Kamera (120) zum Beobachten des afokalen optischen Systems (105) in der Aufnahmeeinrichtung (110) von einer der ersten Seite (150) gegenüberliegenden zweiten Seite (155), zum Erstellen eines Kamerabilds (160), wobei in einem betriebsbereiten Zustand der Messvorrichtung (100) die Lichtbereitstellungseinrichtung (115), das afokale optische System (105) und die Kamera (120) koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Vermessungsachse (162) angeordnet sind, die senkrecht zu der Aufnahmeebene (140) ausgerichtet ist; zumindest eine weitere Lichtbereitstellungseinrichtung (125) zum Bereitstellen von weiterem Licht (165), zum Beleuchten des afokalen optischen Systems (105) in der Aufnahmeeinrichtung (110) von der ersten Seite (150); zumindest eine weitere Kamera (130) zum Beobachten des afokalen optischen Systems (105) in der Aufnahmeeinrichtung (110) von der zweiten Seite (155), zum Erstellen eines weiteren Kamerabilds (170); wobei in dem betriebsbereiten Zustand die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung (125), das afokale optische System (105) und die weitere Kamera (130) koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Schrägvermessungsachse (175) angeordnet sind, die schräg zu der Vermessungsachse (162) und/oder Aufnahmeebene (140) ausgerichtet ist; und eine Übertragungsschnittstelle (135) zum Übertragen des Kamerabilds (160) und weiteren Kamerabilds (170) zu einer Auswerteeinheit (180), die ausgebildet ist, um unter Verwendung zumindest des Kamerabilds (160) und/oder weiteren Kamerabilds (170) die Modulationstransferfunktion (MTF) des afokalen optischen Systems (105) zu erkennen.
2. Messvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 , bei der die Lichtbereitstellungseinrichtung (115) einen fokussierbaren oder nicht fokussierbaren Kollimator (500) aufweist, der ausgebildet ist, um das Licht (145) als kollimiertes Licht bereitzustellen.
3. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer dritten Kamera (200) zum Beobachten des optischen Systems (105) in der Aufnahmeeinrichtung (110) von der zweiten Seite (155), zum Erstellen eines dritten Kamerabilds und zumindest einer dritten Lichtbereitstellungseinrichtung (205) zum Bereitstellen von drittem Licht, zum Beleuchten des optischen Systems (105) in der Aufnahmeeinrichtung (110) von der ersten Seite (150), wobei in dem betriebsbereiten Zustand der Messvorrichtung (100) die dritte Lichtbereitstellungseinrichtung (205), das optische System (105) und die dritte Kamera (200) koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer weiteren Schrägvermessungsachse angeordnet sind, die schräg zu der Vermessungsachse (162) und/oder Aufnahmeebene (140) und/oder Schrägvermessungsachse (175) ausgerichtet ist.
4. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem optischen Filter, der dazu ausgebildet ist, um auf den optischen Filter auftreffendes Licht (145) mit einem ersten Wellenlängenbereich zu verändern, um das Licht (145) mit einem aus dem optischen Filter austretenden veränderten zweiten Wellenlängenbereich bereitzustellen, und/oder der dazu ausgebildet ist, um auf den optischen Filter auftreffendes Licht (145) mit einer ersten Polarisation zu verändern, um das Licht (145) mit einer aus dem optischen Filter austretenden veränderten zweiten Polarisation bereitzustellen.
5. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Kamerahalteeinrichtung (210), die Aufnahmeeinheiten (215) zur Aufnahme der Kameras (120, 130, 200) aufweist.
6. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Lichtbereitstellungshalteeinrichtung (220), die Aufnahmeeinheiten (225) zur Aufnahme der Lichtbereitstellungseinrichtungen (115, 125, 205) aufweist.
7. Messvorrichtung (100) gemäß Anspruch 5 und 6, bei der die Kamerahalteeinrichtung (210) gegenüber der Lichtbereitstellungshalteeinrichtung (220) kippbar oder gekippt angeordnet ist oder die Lichtbereitstellungshalteeinrichtung (220) gegenüber der Kamerahalteeinrichtung (210) kippbar oder gekippt angeordnet ist.
8. Messvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Kamerahalteeinrichtung (210) und/oder die Lichtbereitstellungshalteeinrichtung (220) lateral verfahrbar angeordnet ist.
9. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Bewegungseinrichtung (190), die ausgebildet ist, um die Aufnahmeeinrichtung (110) quer zu der Vermessungsachse (162) zu bewegen.
10. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Blende (192) für das Licht (145) und/oder weitere Licht (165).
11. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit der Auswerteeinheit (180), die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Kamerabilds (160) und/oder weiteren Kamerabilds (170) eine Abweichung in der Modulationstransferfunktion (MTF) zu erkennen und unter Verwendung der Abweichung einen Korrekturwert oder eine Korrekturmatrix zum Korrigieren der Modulationstransferfunktion (MTF) zum Erhöhen der Abbildungsqualität des optischen Systems (105) zu bestimmen.
12. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Kamera (120) und/oder weitere Kamera (130) eine feste oder einstellbare Fokusposition aufweist.
13. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer der zweiten Seite (155) zugewandt angeordneten Strukturerkennungskamera (197), die ausgebildet ist, um eine vordefinierte Struktur auf der Aufnahmeebene (140) oder in einem definierten Bereich um die Aufnahmeebene (140) zu 28 erkennen, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, um unter Verwendung der erkannten vordefinierten Struktur eine laterale Position des optischen Systems (105) zu bestimmen. Messvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das optische System (105) als ein Austrittsfenster, Displayelement, Wellenleiter, optischer Filter, Kameraobjektiv oder Fernglas ausgeformt ist. Verfahren (1000) zum Vermessen einer Modulationstransferfunktion (MTF) eines afokalen optischen Systems (105), wobei das Verfahren (1000) die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen (1005) von Licht (145) zum Beleuchten des afokalen optischen Systems (105), das in einer Aufnahmeebene (140) in einer Aufnahmeeinrichtung (110) aufgenommen ist, von einer ersten Seite (150) unter Verwendung einer Lichtbereitstellungseinrichtung (115);
Bereitstellen (1010) von weiterem Licht (165) zum Beleuchten des afokalen optischen Systems (105), das in der Aufnahmeebene (140) in der Aufnahmeeinrichtung (110) aufgenommen ist, von der ersten Seite (150) unter Verwendung einer weiteren Lichtbereitstellungseinrichtung (125);
Erzeugen (1015) eines Kamerabilds (160) einer Strichplatte (185) über das afo- kale optische System (105) in der Aufnahmeeinrichtung (110) von einer der ersten Seite (150) gegenüberliegenden zweiten Seite (155) unter Verwendung einer Kamera (120), wobei die Lichtbereitstellungseinrichtung (115), das afokale optische System (105) und die Kamera (120) koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Vermessungsachse (162) angeordnet sind, die senkrecht zu der Aufnahmeebene (140) ausgerichtet ist;
Erzeugen (1020) eines weiteren Kamerabilds (170) einer weiteren Strichplatte (185) über das afokale optische System (105) in der Aufnahmeeinrichtung (110) von der zweiten Seite (155) unter Verwendung einer weiteren Kamera (130), wobei die weitere Lichtbereitstellungseinrichtung (125), das afokale optische System (105) und die weitere Kamera (130) koaxial auf oder mit Messachsen parallel zu einer Schrägvermessungsachse (175) angeordnet sind, 29 die schräg zu der Vermessungsachse (162) und/oder Aufnahmeebene (140) ausgerichtet ist; und
Erkennen (1025) beziehungsweise berechnen der Modulationstransferfunktion (MTF) des afokalen optischen Systems (105) unter Verwendung des Kamerabilds (160) und/oder weiteren Kamerabilds (170).
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